СПОСОБ РАЗРАБОТКИ И ГИДРОТРАНСПОРТА ГРУНТА ГИДРОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМОЙ ЗЕМСНАРЯДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК E02F3/90 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и предназначено для разработки грунта земснарядом в подводном забое.

Известен способ разработки и гидротранспорта грунта гидротранспортной системой земснаряда, состоящей из всасывающего, напорных плавучего и магистрального трубопроводов и трюмового грунтового насоса, включающий разработку грунта в забое грунтозаборным устройством трюмового грунтового насоса и гидротранспорт грунта к месту укладки его в сооружение [1] . Этот способ принят в качестве аналога.

Способу-аналогу свойственны недостатки, которые заключаются:
- в ограничении глубины разработки грунта из-за ограниченности всасывающей способности, свойственной трюмному (полутрюмному и палубному) размещению грунтового насоса, т. е. в непосредственной близости к поверхности воды в забое;
- в высоком расходе энергии на гидротранспорт грунта, поскольку он происходит в системе трубопроводов одного значения диаметра.

Известен способ разработки и гидротранспорта грунта гидротранспортной системой земснаряда, состоящий из всасывающего, напорных плавучего и магистрального трубопроводов и грунтовых насосов погружного и трюмного, включающий разработку грунта в забое грунтозаборным устройством погружного насоса и гидротранспорт грунта к месту его укладки в сооружение при одновременной работе в системе трюмного грунтового насоса [2] . Это способ принят в качестве прототипа.

Отличительной особенностью способа-прототипа является работа обоих насосов, включенных в систему трубопроводов одного диаметра по последовательной системе. Это дает высокий эффект, который заключается в повышении всасывающей способности погружного насоса, чем достигается возможность разработки грунта на больших глубинах.

Способ-прототип имеет недостатки. Разработка грунта производится только погpужным насосом, а трюмный является перекачивающим. Это приводит к потере энергии на подъем грунта с большой глубины, поскольку он самообрушается на дно выработки. Схема включения насосов - только последовательная, чем обеспечивается работа гидротранспортной системы при повышенных напорах, хотя такое значение в большинстве случаев не требуется.

Цель изобретения - повышение эффективности разработки и гидротранспорта грунта за счет обеспечения бескавитационного режима работы обоих грунтовых насосов при одновременном увеличении производительности и снижении расхода энергии на разработку и гидротранспорт грунта.

На фиг. 1 изображено устройство, включающее плавучий корпус и гидротранспортную систему земснаряда с подключением плавучих трубопроводов к магистральному трубопроводу увеличенного диаметра, вид в плане; на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, с подключением плавучих трубопроводов от погружного насоса к магистральному трубопроводу увеличенного диаметра, а от трюмного - к стандартному магистральному трубопроводу, вид в плане; на фиг. 3 - забой с разработкой грунта поярусно всасывающими устройствами обоих насосов; на фиг. 4 - график работы грунтовых насосов в гидротранспортной системе трубопроводов.

Устройство состоит из плавучего корпуса 1 одноблочного или катамаранного типа, состоящего из соединенных блоков 2, 3. Между блоками 2, 3 размещена опускная камера с погружным грунтовым насосом 4. Насос имеет всасывающий трубопровод 5 и плавучий трубопровод 6. В трюме блока 3 корпуса 1 размещен трюмный грунтовый насос 7 со всасывающим 8 и плавучим 9 трубопроводами. Плавучие трубопроводы проложены с возможностью соединения с магистральными трубопроводами 10 и 11.

Поскольку в известной гидротранспортной системе погружной и трюмный грунтовые насосы работают по последовательной схеме включений в единый стандартный магистральный трубопровод 11, магистральный трубопровод 10 на фиг. 1, 2 является дополнительным и принят увеличенного диаметра по сравнению со стандартным трубопроводом 11. Магистральные трубопроводы 10, 11 проложены на одной трассе на единых подкладках 12.

Грунтовые насосы 4, 7 приняты одного типа, одной марки: всасывающие 5,8 и плавучие 6,9 трубопроводы приняты единого стандартного диаметра, соответствующего марке грунтового насоса. Плавучие трубопроводы 6,9 установлены в акватории 13 параллельно. Погружной грунтовый насос 4 соединен с трюмным грунтовым насосом 7 посредством соединительной трубы 14, которая идет от напорного патрубка погружного грунтового насоса к всасывающему патрубку трюмного насоса. На фиг. 1, 2 показана ось соединительной трубы 14 пунктирной линией. Соединительная труба 14 снабжена запорным приспособлением для переключения потока гидросмеси. Плавучий трубопровод 6 погружного насоса соединен с магистральным трубопроводом 10 посредством соединительного патрубка 15. Плавучий трубопровод 9 трюмного грунтового насоса соединен с обоими магистральными трубопроводами 10, 11 посредством соединительного патрубка, снабженного запорным приспособлением. Патрубок может занимать положения 16 и 17.

Позициями обозначены также: 18 - одноярусный забой; 19 - первый ярус в грунтовом забое; 20 - второй ярус в грунтовом забое; 21 - напорная характеристика одного насоса; 22 - напорная характеристика двух насосов, включенных последовательно; 23 - напорная характеристика двух насосов, включенных параллельно; 24 - гидравлическая характеристика системы трубопроводов стандартного диаметра; 25 - гидравлическая характеристика системы трубопроводов с включением магистрального трубопровода 10 увеличенного диаметра; A, B, C, D, E - рабочие точки пересечения гидравлических характеристик трубопроводов с напорными характеристиками насосов; Q₁-Q₅ расходы гидросмеси, соответствующие рабочим точкам; Н - глубина второго яруса в забое; h - глубина первого яруса в забое.

Гидротранспортная система снабжена запорными приспособлениями, включенными в единую систему регулирования. Запорные приспособления на фиг. 1-4 не показаны.

Способ используют следующим образом. При разработке с подачей грунта на средние дальности проделывают следующее. Закрывают запорные приспособления на соединительной трубе 14, чем выключают ее из работы. Открывают запорные приспособления на соединительных патрубках 15, 16, чем соединяют плавучие трубопроводы 6, 9 с магистральным трубопроводом 10 (см. фиг. 1). Открывают запорные приспособления на всасывающих трубопроводах 5, 8. Опускают всасывающие трубопроводы 5, 8 в акваторию 13 и разрабатывают грунт забоя поярусно (фиг. 3): первый ярус 19 всасывающим трубопроводом 8 трюмного насоса до глубины h, обеспечивающие эффективную разработку грунта трюмным насосом без вхождения в режим кавитации; второй ярус 20 всасывающим трубопроводом 5 погружного насоса до глубины Н.

Гидросмесь насосами 4 и 7 по плавучим трубопроводам 6, 9 подают соответственно через патрубки 15 и 16 в магистральный трубопровод 10 увеличенного диаметра. Работа насосов 4, 7 осуществляется по параллельной схеме включения в гидротранспортную систему. При этом достигается работа насосов 4, 7 с меньшими затратами энергии на гидротранспорт и достигается повышенная производительность Q₄ (фиг. 4) по сравнению с производительностью Q₂, получаемой при последовательном включении насосов в работу.

При необходимости подачи грунта на предельно дальние расстояния разработку и транспортирование грунта выполняют по последовательной схеме включения насосов в магистральный трубопровод 11 стандартного диаметра. Систему подготавливют к работе так. Закрывают запорные приспособления на всасывающем трубопроводе 8, трубопровод 8 в акватории 13 поднимают над грунтом забоя. Открывают запорные приспособления на соединительной трубе 14. Поворачивают соединительный патрубок 16 в положение 17, открывают на нем запорные приспособления. Устройство приобретает вид, изображенный на фиг. 2.

Включают в работу насосы 4, 7. Подводят наконечник всасывающего трубопровода 5 к грунту 20 забоя (фиг. 3). Подтекающим к трубопроводу 5 потоком воды грунт размыкается и засасывается в трубопровод 5. В трубопроводе 8 потока нет. Поток гидросмеси из трубопровода 5 поступает в погружной насос 4, приобретает напор, изображенный кривой 21 на графике (фиг. 4). Из насоса 4 гидросмесь по соединительной трубе 14 поступает в трюмный насос 7, где приобретает дополнительное значение напора. С суммарным напором, изображенным кривой 22 на графике, гидросмесь поступает в плавучий трубопровод 9, откуда поступает в стандартный магистральный трубопровод 11 (фиг. 2). Гидросмесь течет с расходом Q₂ (фиг. 4).

Способом и устройством обеспечивается возможность изменять режим работы гидротранспортной системы земснаряда, включающей погружной и трюмный грунтовые насосы, в соответствии с требуемой величиной расхода и дальности транспортирования. При этом достигается повышение эффективности разработки и гидротранспорта грунта путем обеспечения бескавитационного режима работы грунтовых насосов. (56) Огурцов А. И. Намыв земляных сооружений. - М. : Стройиздат, 1974, с. 312, рис. IX. 4.

Жарницкий Е. П. Землесосные снаряды с погружными грунтовыми насосами. - М. : Недра, 1988, с. 81-120.

Устройство включает корпус 1 в виде катамарана с погружным грунтовым насосом 4 между блоками 2 и 3 корпуса 1, снабженным всасывающим проводом трубой 5, плавучим трубопроводом 6. На блоке 3 установлен трюмный грунтовый насос 7 со всасывающим 8 и плавучим 9 трубопроводами. На береговом массиве уложены на подкладках 12 два магистральных трубопровода: 11 - стандартного диаметра 10 увеличенного диаметра. Плавучий трубопровод 6 соединен только с магистральным трубопроводом 10 соединительным патрубком 15. Плавучий трубопровод 9 трюмного насоса 7 соединен патрубком 16 с магистральным трубопроводом 10, а патрубком 17 - с трубопроводом 11 с возможностью переключения потоков гидросмеси то в трубопровод 10, то в трубопровод 11. Насосы 4 и 7 снабжены соединительной трубой 14 для осуществления их последовательного включения в систему трубопроводов. При изложенной конструкции обеспечена возможностью включения грунтовых насосов в систему трубопроводов с прохождением потока гидросмеси по маршрутам: из всасывающей трубы - в насос 4, затем - в соединительную трубу 14, из нее - в насос 7, затем - в плавучий трубопровод 9, потом по патрубку 14 - в магистральный трубопровод 11 стандартного диаметра; и из всасывающей трубы 5 - в насос 4, из него - в плавучий трубопровод 6, из него по патрубку 15 - в магистральный трубопровод 10; из всасывающей трубы 8 - в насос 7, затем в плавучий трубопровод 9, из которого по патрубку 16 - в магистральный трубопровод 10. В первом случае схема соединений насосов в системе трубопроводов последовательная, во втором случае - параллельная. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ разработки и гидротранспорта грунта гидратранспортной системой земснаряда, включающий разработку и гидротранспорт грунта при помощи погружного и трюмного грунтовых насосов и системы трубопроводов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разработки и гидротранспорта грунта за счет обеспечения бескавитационного режима работы обоих грунтовых насосов при одновременном увеличении производительности и снижении расхода энергии на разработку и гидротранспорт грунта, разработку и забор грунта в забое производят поярусно одновременно обоими насосами, причем на верхнем ярусе трюмным грунтовым насосом, а на нижнем - погружным грунтовым насосом, при этом гидросмесь подают в единый магистральный трубопровод увеличенного диаметра по сравнению со стандартным посредством параллельно установленных плавучих трубопроводов и соединительных патрубков. 2. Устройство для разработки и гидротранспорта грунта, системой земснаряда, включающее погружной и трюмный грунтовые насосы, имеющие всасывающий, напорные, плавучий и магистральный трубопроводы, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными всасывающим, плавучим и магистральным трубопроводами, причем погружной грунтовый насос соединен своим напорным трубопроводом со всасывающим трубопроводом трюмного грунтового насоса посредством соединительной трубы, имеющей запорное приспособление для переключения потока гидросмеси, при этом плавучий трубопровод трюмного грунтового насоса соединен с обоими магистральными трубопроводами посредством соединительных патрубков, имеющих запорные приспособления для переключения потока гидросмеси с одного магистрального трубопровода на другой, а плавучий трубопровод погружного насоса соединен посредством соединительного патрубка с дополнительным магистральным трубопроводом, который выполнен диаметром, большим, чем основной стандартный магистральный трубопровод.